Új kísérleti módszerrel a kutatók először vizsgálják meg a spinszerkezetet 2D anyagokban

11. május 2023. (Nanowerk News) A fizikusok két évtizede próbálták közvetlenül manipulálni az elektronok spinjét olyan 2D anyagokban, mint pl. grafén. Ez kulcsfontosságú előrelépést jelenthet a 2D elektronika feltörekvő világában, azon a területen, ahol a szupergyors, kicsi és rugalmas elektronikai eszközök kvantummechanikán alapuló számításokat végeznek. Az akadálya, hogy a tudósok tipikus módszere az elektronok spinjének mérésére – ez az alapvető viselkedés, amely a fizikai univerzumban mindennek a szerkezetét adja – általában nem működik 2D anyagok. Ez hihetetlenül megnehezíti az anyagok teljes megértését és az azokon alapuló technológiai fejlődés előremozdítását. A Brown Egyetem kutatói által vezetett tudóscsoport azonban úgy gondolja, hogy most már megkerülhetik ezt a régóta fennálló kihívást. Megoldásukat egy új tanulmányban ismertetik, amelyet ben publikáltak Természetfizika („A Dirac újjáéledései rezonanciaválaszt váltanak ki a csavart kétrétegű grafénben”). A tanulmányban a kutatók azt írják le, hogy szerintük az első olyan mérés, amely közvetlen kölcsönhatást mutat a 2D anyagban forgó elektronok és a mikrohullámú sugárzásból származó fotonok között. (Kép: Jia Li, Brown Egyetem) A tanulmányban a csapat – amelyben a Sandia National Laboratories Integrált Nanotechnológiai Központjának és az Innsbrucki Egyetem tudósai is részt vesznek – leírják, hogy szerintük mi az első mérés, amely közvetlen kölcsönhatást mutat 2D anyagban forgó elektronok és mikrohullámú sugárzásból származó fotonok. Az úgynevezett csatolás, a mikrohullámú fotonok elektronok általi abszorpciója egy új kísérleti technikát hoz létre az elektronok forgási tulajdonságainak közvetlen tanulmányozására ezekben a 2D kvantumanyagokban – amely alapjául szolgálhat az ezeken az anyagokon alapuló számítási és kommunikációs technológiák fejlesztéséhez. a kutatóknak. "A spinszerkezet a kvantumjelenség legfontosabb része, de valójában soha nem volt közvetlen szondánk erre ezekben a 2D anyagokban" - mondta Jia Li, a Brown fizika adjunktusa és a kutatás vezető szerzője. „Ez a kihívás az elmúlt két évtizedben megakadályozott bennünket abban, hogy elméletileg tanulmányozzuk a pörgést ezekben a lenyűgöző anyagokban. Mostantól sok olyan rendszer tanulmányozására használhatjuk ezt a módszert, amelyeket korábban nem tudtunk. A kutatók a méréseket egy viszonylag új, kétdimenziós anyagon, a „varázsszögű” csavart kétrétegű grafénen végezték. Ez a grafén alapú anyag akkor jön létre, amikor két ultravékony szénréteget egymásra raknak és megfelelő szögben megcsavarnak, így az új kétrétegű szerkezet szupravezetővé alakul, amely lehetővé teszi az elektromosság ellenállás és energiapazarlás nélküli áramlását. A 2018-ban felfedezett kutatók a benne rejlő lehetőségek és rejtélyek miatt az anyagra összpontosítottak. „A 2018-ban feltett fő kérdések közül sok még mindig megválaszolásra vár” – mondta Erin Morissette, Li Brown laboratóriumának végzős hallgatója, aki a munkát vezette. A fizikusok általában mágneses magrezonanciát vagy NMR-t használnak az elektronok spinjének mérésére. Ezt úgy teszik meg, hogy mikrohullámú sugárzással gerjesztik a nukleáris mágneses tulajdonságokat egy mintaanyagban, majd leolvasják a különböző jeleket, amelyeket ez a sugárzás okoz a spin mérésére. A 2D anyagokkal szembeni kihívás az, hogy a mikrohullámú gerjesztésre adott elektronok mágneses aláírása túl kicsi ahhoz, hogy észlelni lehessen. A kutatócsoport úgy döntött, hogy rögtönöz. Ahelyett, hogy közvetlenül észlelték volna az elektronok mágnesezettségét, a Brown-i Molekuláris és Nanoskálás Innovációs Intézetben gyártott készülék segítségével az elektronellenállás finom változásait mérték, amelyeket a sugárzás hatására bekövetkezett mágnesezettség változásai okoztak. Ezek a kis eltérések az elektronikus áramok áramlásában lehetővé tették a kutatók számára, hogy a készülék segítségével észleljék, hogy az elektronok elnyelik a mikrohullámú sugárzásból származó képeket. A kutatók a kísérletekből új információkat tudtak megfigyelni. A csapat például észrevette, hogy a fotonok és az elektronok közötti kölcsönhatások hatására az elektronok a rendszer bizonyos szakaszaiban úgy viselkednek, mint egy antiferromágneses rendszerben – ami azt jelenti, hogy egyes atomok mágnesességét kioltották egy sor mágneses atom. fordított irányba igazítva. A 2D-s anyagok spinjének tanulmányozásának új módszere és a jelenlegi eredmények ma nem alkalmazhatók a technológiára, de a kutatócsoport potenciális alkalmazásokat lát a módszernek a jövőben. Azt tervezik, hogy továbbra is alkalmazzák módszerüket a csavart kétrétegű grafénre, de más 2D anyagokra is kiterjesztik. "Ez egy nagyon változatos eszközkészlet, amellyel hozzáférhetünk az elektronikus rend fontos részéhez ezekben az erősen korrelált rendszerekben, és általában megérthetjük, hogyan viselkedhetnek az elektronok a 2D anyagokban" - mondta Morissette. A kísérletet 2021-ben távolról hajtották végre az Új-Mexikói Integrált Nanotechnológiák Központjában. Mathias S.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php